JP2007088002A - Cmos image sensor ic - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像情報を読み取り電送する装置、ファクシミリ、イメージスキャナ、電子カメラに用いられるCMOSイメージセンサICに関する。 The present invention relates to a CMOS image sensor IC used in an apparatus for reading and transmitting image information, a facsimile, an image scanner, and an electronic camera.
図2は従来のイメージセンサの一例を示す回路図である。CMOSイメージセンサのセンサ回路10では、PN接合を用いたフォトダイオード12に、前記フォトダイオード12を適当な電圧にリセットするためのスイッチング素子であるリセットトランジスタ11と、前記フォトダイオード12において蓄積された光電荷を増幅するための増幅回路13とが結線されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a conventional image sensor. In the
リセットトランジスタ11をONしフォトダイオード12が十分にリセット電圧となるリセット動作と、リセットトランジスタ11をOFFし、一定時間中フォトダイオード12に光電荷を蓄積させる蓄積動作と、増幅回路13をONしフォトダイオード12に蓄積された光電荷を増幅して読み出す読み出し動作で、連続的に光情報を読み取ることができる構成になっている。 A reset operation in which the reset transistor 11 is turned on and the photodiode 12 has a sufficient reset voltage, a storage operation in which the reset transistor 11 is turned off and the photocharge is accumulated in the photodiode 12 for a certain period of time, and the amplifier circuit 13 is turned on and The optical information stored in the diode 12 is amplified and read to read out optical information continuously.
また、読み出し動作後に増幅された信号を一時的に記憶することも、容量素子と2つのスイッチトランジスタからなる保持回路20を用いて行うことができる。
In addition, the signal amplified after the read operation can be temporarily stored using the
読み出し動作中にスイッチトランジスタ22AをONし、増幅回路13により保持容量21へ信号を電荷として貯え、スイッチトランジスタ22AをOFFした後、任意の保持時間後にスイッチトランジスタ22BをONし保持容量21から読み出すことができる。 During the read operation, the switch transistor 22A is turned on, the signal is stored in the holding capacitor 21 by the amplifier circuit 13 as an electric charge, the switch transistor 22A is turned off, and the switch transistor 22B is turned on and read from the holding capacitor 21 after an arbitrary holding time. Can do.
リセット、蓄積、読み出しの一連の動作を複数のフォトダイオードに対して一括に処理し、保持回路から個別に任意に読み出すことが可能である。 A series of operations of reset, accumulation, and readout can be collectively processed for a plurality of photodiodes and arbitrarily read out individually from the holding circuit.
図3は、従来のイメージセンサのフォトダイオードへ結線されるリセットトランジスタおよび保持容量へ結線されるスイッチトランジスタのドレインまたはソース部の拡散領域の断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the diffusion region of the drain or source portion of the reset transistor connected to the photodiode of the conventional image sensor and the switch transistor connected to the storage capacitor.
P型シリコン基板1上にP型チャンネルストップ層2とLOCOS酸化膜3が重なるように形成され、それに接するようにN型ソース領域4とN型ドレイン領域5がある。LOCOS酸化膜3の端部分の下で、P型チャンネルストップ層2とN型ソース領域4およびN型ドレイン領域5が接している。N型ソース領域4およびN型ドレイン領域5の間にはゲート絶縁層7を介してゲート6が設けられている。一般的には、P型チャンネルストップ層2とN型ソース領域4およびN型ドレイン領域5はLOCOS酸化膜3に対して自己整合的に形成される。また、N型ソース領域4およびN型ドレイン領域5上にはメタル配線30と電気的接続を行うためのコンタクト領域9が例えばBPSGなどからなる中間絶縁膜8を貫通するように形成されている。
A P-type
また、CMOSイメージセンサのスイッチング素子であるMOSトランジスタの拡散部の接合リーク電流を低減させるために、スイッチング素子であるMOSトランジスタのドレインやソース領域と反転素子拡散領域を離間させて構成した例もある。(例えば、特許文献1参照。)
しかしながら、この様なCOMSイメージセンサにおいては、LOCOS酸化膜3の端部分の下で、比較的高濃度な拡散層同士であるN型ソース領域4およびN型ドレイン領域5とP型チャンネルストップ層2が接することにより、この部分からの接合リーク電流が生じ、回路の特性が製造上ばらつき易い。蓄積時間中のフォトダイオードや保持時間中の容量素子に貯えられている信号電荷が結線されているスイッチング素子であるMOSトランジスタのソース領域またはドレイン領域の接合部分から徐々にリークし、光信号の損失や複数のセンサ間でのリークのばらつきによる固定ノイズがでるといった問題点があった。また、N型ソース領域4およびN型ドレイン領域5とP型チャンネルストップ層2との間に比較的不純物濃度の濃い接合が形成され、光電荷量を貯える配線全体の容量が増し、感度が低下するという問題点があった。
However, in such a COMS image sensor, under the end portion of the
また、N型ソース領域4およびN型ドレイン領域5の形成後に形成されるメタル配線30との電気的接続を行うためのコンタクト領域9は、ゲート電極6とショートしないようにするとともにN型ソース領域4およびN型ドレイン領域内からはみ出ることの無いように、所定のパタニングの合わせずれを考慮して形成しなければならず、翻って、N型ソース領域4およびN型ドレイン領域5の面積はコンタクト領域9の合わせズレを見込んだ大きさにて形成しなければならなかった。このためN型ソース領域4およびN型ドレイン領域5の底面積、側面積が大きくなり光電荷量を貯える配線全体の容量が増し、感度が低下するという問題点があった。
The
上記問題の改善策として、スイッチング素子であるMOSトランジスタのドレイン領域やソース領域と反転素子拡散領域を離間させて構成した例の場合においても、コンタクト領域9のアライメントズレを考慮した余分な面積がソースおよびドレインに必要となってしまうため、接合容量は十分低下させることができず、特に微細な受光素子を有するCMOSイメージセンサにおいては十分な機能を発揮できないという問題点があった。
As an improvement measure for the above problem, even in the case where the drain region and the source region of the MOS transistor which is a switching element and the inverting element diffusion region are separated from each other, the extra area considering the misalignment of the
上記問題点を解決するために、本発明はCMOSイメージセンサを以下のように構成した。 In order to solve the above problems, the present invention has a CMOS image sensor configured as follows.
フォトダイオードやMOSトランジスタなどの素子を同一シリコン基板上に構成するCMOSイメージセンサICにおいて、信号電荷を保持および蓄積する素子に結線されているMOSトランジスタのソース領域およびドレイン領域が、メタル配線と電気的接続を行うためのコンタクト領域と整合した位置にコンタクト領域と略等しい極めて小さな面積をもって形成された構造とした。 In a CMOS image sensor IC in which elements such as photodiodes and MOS transistors are formed on the same silicon substrate, the source region and drain region of the MOS transistor connected to the element that holds and accumulates signal charges are electrically connected to the metal wiring. The structure is formed with a very small area substantially equal to the contact region at a position aligned with the contact region for connection.
また、N型ソース領域4およびN型ドレイン領域5とP型チャンネルストップ層2とを離間させて設置する構造とした。
The N-type source region 4 and the N-
以上説明したように、本発明は、MOSトランジスタの、ソース領域およびドレイン領域が、メタル配線と電気的接続を行うためのコンタクト領域と整合した位置にコンタクト領域と略等しい面積をもって形成された構造とした。また、N型ソース領域4およびN型ドレイン領域5とP型チャンネルストップ層2とを離間させて設置する構造とした。これらにより、従来のMOSトランジスタに較べてソース領域およびドレイン領域の寄生容量を著しく低減でき、接合リーク電流を小さくし、光信号の損失や複数のセンサ間でのリークのばらつきによる固定ノイズを抑制し、光に対する感度が上昇し、蓄積時間と保持時間に無関係にノイズが小さく、感度の高いCMOSイメージセンサを供給することができる。
As described above, the present invention has a structure in which a source region and a drain region of a MOS transistor are formed with a substantially equal area to a contact region at a position aligned with a contact region for electrical connection with a metal wiring. did. Further, the N-type source region 4 and the N-
図1は、本発明によるCMOSイメージセンサのフォトダイオードおよび保持容量へ結線されるスイッチング素子であるMOSトランジスタの実施例を示す模式的断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a MOS transistor which is a switching element connected to a photodiode and a storage capacitor of a CMOS image sensor according to the present invention.
P型シリコン基板1上にP型チャンネルストップ層2とLOCOS酸化膜3が重なるように形成され、P型チャンネルストップ層2から離間した位置であって、メタル配線30と電気的接続を行うためのコンタクト領域9と整合した位置に、コンタクト領域9と略等しい面積をもってN型ソース領域4とN型ドレイン領域5が形成される。
A P-type
また、コンタクト領域9の側壁部分は、ポリシリコンなどからなるゲート電極6およびゲート電極と同一材料からなるスペーサー203の側壁に形成された、窒化シリコン膜などによるサイドスペーサー絶縁膜202により囲まれている。
Further, the side wall portion of the
N型ソース領域4およびN型ドレイン領域5の間のゲート絶縁層7上にはポリシリコンなどからなるゲート電極6が設けられており。説明が重複するが、N型ソース領域4およびN型ドレイン領域5上にはメタル配線30と電気的接続を行うためのコンタクト領域9がゲート電極6およびゲート電極と同一材料からなるスペーサー203の側壁に形成されたサイドスペーサー絶縁膜202により囲まれた形状で形成されている。
A
ゲート電極6およびゲート電極と同一材料からなるスペーサー203の上部にはゲート電極6およびゲート電極と同一材料からなるスペーサー203をパタニングする際に使用する窒化シリコン膜などからなるゲートマスク絶縁膜201が形成されている。
A gate mask
上記構造および位置関係にあるN型ソース領域4およびN型ドレイン領域5は、例えばコンタクト領域9を形成した後に、ポリシリコンなどからなるゲート電極6およびゲート電極と同一材料からなるスペーサー203と、それらの側壁に形成された窒化シリコン膜などによるサイドスペーサー絶縁膜202、およびゲートマスク絶縁膜201を位置整合用のマスク材として使用して、イオン注入法などによって、N型ソース領域4とN型ドレイン領域5にN型の不純物を導入することにより形成することができる。これによってN型ソース領域4およびN型ドレイン領域5はコンタクト領域9と自己整合的に形成され、自動的に幅の狭いサイドスペーサー絶縁膜202を介してゲート電極6と絶縁された構造を取ることができるため、従来必要であったコンタクト領域9の位置合わせズレを考慮する必要がなくなる。
The N-type source region 4 and the N-
上述のように、N型ソース領域4およびN型ドレイン領域5は、P型チャンネルストップ層2と離間した位置であって、コンタクト領域9と整合した位置に、コンタクト領域9と略等しい大きさで従来に較べて極めて小さな面積(体積)をもって形成される。
As described above, the N-type source region 4 and the N-
これによって、MOSトランジスタのN型ソース領域4およびN型ドレイン領域5における寄生容量が著しく低減できるため、接合リーク電流を小さくし、光信号の損失や複数のセンサ間でのリークのばらつきによる固定ノイズを抑制でき、光に対する感度も上昇する。
As a result, the parasitic capacitance in the N-type source region 4 and the N-
以上、実施例1では、P型シリコン基板上にN型ソース領域およびN型ドレイン領域で構成したCMOSイメージセンサで説明したしたが、導電体が反転した構造であっても効果は同じである。 As described above, in the first embodiment, the CMOS image sensor configured with the N-type source region and the N-type drain region on the P-type silicon substrate has been described. However, the effect is the same even if the structure of the conductor is inverted.
1 P型シリコン基板
2 P型チャンネルストップ層
3 LOCOS酸化膜
4 N型ソース領域
5 N型ドレイン領域
6 ゲート
7 ゲート酸化膜
8 中間絶縁膜
9 コンタクト領域
10 センサ回路
11 リセットトランジスタ
12 フォトダイオード
13 増幅回路
20 保持回路
21 保持容量
22A、22B スイッチトランジスタ
30 メタル配線
201 ゲートマスク絶縁膜
202 サイドスペーサー絶縁膜
203 ゲート電極と同一材料からなるスペーサー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 P-type silicon substrate 2 P-type
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005271477A JP2007088002A (en) | 2005-09-20 | 2005-09-20 | Cmos image sensor ic |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2005-09-20 JP JP2005271477A patent/JP2007088002A/en not_active Withdrawn
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